“工业机器人编程与调试”课程“线上线下”混合式教学改革路径.pdf

1782023 年 11 月上Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究“工业机器人编程与调试”课程“线上线下”混合式教学改革路径*李琼，冯琛，黄颖，高东玲（陕西机电职业技术学院，陕西 宝鸡 721001）摘要：【目的】新时代下，单一的线上或线下教学模式，都无法满足对新一代技术人才的培养要求，因此有必要突破人才培养瓶颈，寻找“新常态”的教学模式。【方法】课题组以“工业机器人编程与调试”课程为例，分别从教学内容和课堂体系两个方面，探讨了“线上+线下”混合式教学模式的具体应用与实施。【结果】该课程于20192020年第二学期首先以虚拟示教的形式进行在线展示，包括机器人的操作和在线编程。经过实际操作发现，学生的动手能力远远高于先前的学习，学习效率和学生的学习兴趣大大提高，学习覆盖面更广。【结论】受线上教学效果的启发，“工业机器人编程与调试”的理论与实践教学模式由先前的实训室设备教学转变为“线上+线下”混合式教学模式。未来将继续深化课程的有益成果，整合线上资源、小组讨论等有利因素，充分利用第二课堂的时间，加强课程的教学效果。关键词：线上线下；混合式教学；“工业机器人编程与调试”中图分类号：G712 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.21.048The Reform Path of“Online and Offline”Hybrid Teaching in the Course of“Industrial Robot Programming and Debugging”*Li Qing,Feng Chen,Huang Ying,Gao Dongling(Shaanxi Institute of Mechatronic Technology,Shaanxi Baoji 721001)Abstract:Objective In the new era,a single online or offline teaching mode cannot meet the training requirement for the new generation of technical talents.Therefore,it is necessary to break through the bottleneck of talent cultivation and find a“new normal”teaching mode.Method Taking the course of“Industrial Robot Programming and Debugging”as an example,the research group explored the specific application and implementation of the“online+offline”hybrid teaching mode from two aspects:teaching content and classroom system.Result The course was first presented online in the form of virtual teaching in the second semester of 20192020,including robot operation and online programming.After practical operation,it was found that students hands-on ability is much higher than their previous learning,and their learning efficiency and interest are greatly improved,resulting in a wider learning coverage.Conclusion Inspired by the effectiveness of online teaching,the theoretical and practical teaching mode of“Industrial Robot Programming and Debugging”has shifted from the previous training room equipment teaching to a mixed teaching mode of“online+offline”.In the future,we will continue to deepen the beneficial achievements of the course,integrate online resources,group discussions,and other favorable factors,fully utilize the time of the second classroom,and strengthen the teaching effectiveness of the course.Keywords:online and offline;blended teaching;“Industrial Robot Programming and Debugging”1 改革背景线上教学具有资源广、灵活度高、教育辐射范围大等优势，世界各地的高等教育机构已经重新审视了在线学习的可行性，以尽量减少突发情况对学生学业的影响1-3。在实际的在线教学研究中发现，与课堂学习相比，它需要更高水平的基本计算机技能、自我控制、人机交互和学习动机4-5。混合式教学是一种“线上+线下”的教学方法，结合了线上教学和线下传统教学的优点，被许多学者认为是教育的“新常态”6-8。2 专业课程在线教学的挑战“工业机器人编程与调试”课程是工业机器人技术专业的基础专业课，需要学生实践操作，而非纸上谈兵，在前期的在线教学研究中还发现，与课堂学习相比，单纯的线上学习导致学生在网上获得的信息远远超出了学生消化、吸收和理解的能力9-11。新媒体时代，学生在互联网上接收的信息很多，首先，根据网络的传播特点，学生不断在网络上被灌输知识，从长远来看，其很难进行深入的研究和思考。其次，线上教学需要更高水平的基本计算机技能、自我控制、基金项目：陕西省职教协会教育教学改革课题“基于产教融合背景下 课程思政 的探索与研究以工业机器人专业为例”（2022SZX448）；2020年度陕西机电职业技术学院项目“线上线下 混合式教学改革探究以 工业机器人编程与调试 课程为例”（YJ202003）作者简介：李琼（1992），女，甘肃会宁人，硕士研究生，助教，研究方向为机电一体化教学改革。2023 年 11 月上179Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究人机交互和学习动机。最后，在线课程需要打破原有的教学模式，探索新的模式。在实践教学过程中，还发现传统实验教学存在学生对专业课程的思考深度不足、实操内容拓展创新不足等突出问题。但与此同时，“线上教学+虚拟操作”的模式也存在明显问题。例如，学生对新技术和新方法没有直观感受，只看屏幕上的几个实操教学视频，更难激发出学生对本课程的求知欲，难以提高其思维能力。因此，“互联网+”技术与教学相结合已成为重要的改革课题，对改进专业课教学模式具有重要意义。以此为契机，重组教学资源和流程，改变以往的“教学+实操”模式，将线下课堂转变为基于智慧职教的“线上+线下”混合课堂。改变比较单一、缺乏连贯性、不允许学生进行系统学习和项目设计的老旧的教学内容和方法，充分发挥新时期的多渠道优势。通过在线教学、在线虚拟实操演示、学生讨论问答、学生自主设计项目以及线下实践等方式，增强学生的主观能动性与其对知识的渴求，在最大限度上提高特殊时期的教学效果和质量。3 混合式教学模式探索3.1 “工业机器人编程与调试”课程内容设计教学内容设置和课堂体系是课程的核心，在人才培养过程中举足轻重。陕西机电职业技术学院“工业机器人编程与调试”课程分为基础和专业两个层次。实践教学是高职院校人才培养的重要环节，直接影响着学生的动手能力、实践能力和问题分析能力。具体来说，“工业机器人编程与调试”包括三个模块。第一个模块是工业机器人基础指令的介绍，占总课时的25%，介绍工业机器人的发展历史和现状，同时介绍工业机器人编程指令，为后续的编程打下基础。第二部分是工业机器人的典型应用，占总课时的50%。学生可以从基础指令进入编程学习，掌握工业机器人应用场合的基本编程及调试，通过项目学习激发学生的学习兴趣，为不同的应用场合提供不同类型的编程方法。第三部分是通过独立的产线设计指导学生完成工业机器人的生产线应用，占总课时的25%。学生将在项目编程上进一步完成产线的设计联机调试，本部分贴近实际的生产线，帮助学生尽早进入职业模式。前两个模块介绍了从简单到深入理解的基础知识，第三个模块虽然只占总课时的25%，但学生需要花费更多的第二课堂时间来设计和研究，才能完成这部分。这也是这种混合教学的关键，在已有知识的基础上，引导学生进行自我教育。自学模式拓宽了信息渠道，通过阅读最新文献，积极探索知识。学生在课堂上获取的知识有限，只有课后主动搜索信息，才能更好地培养分析和解决问题的能力，促进课程内容的协同创新。教师不仅引导学生通过Sogou网站、专利网站、中国木虫论坛等互联网平台积极搜索相关研究讨论；同时还引入文献检索方法，帮助学生有效获取近期研究报告，如 ICRA、RSS、CNKI、Google等。在最后一个模块中，每6人为一小组，教师根据本课程的基本知识，结合当今社会的时政热点，设计探索项目，每位同学都需要参与项目的设计，并跟进后续项目的设计。这部分不仅要求学生巩固之前的知识，而且要求学生具备逻辑思维能力，设计出完整的项目。每个团队成员需要就设计的实践项目背景、内容和预期成品进行23次的在线交流讨论，教师需要全程参与并主动提问。团队成员的分工合作和资源共享，锻炼了学生的团队合作精神。学生自主设计的实践项目，由于设计的可操作性，其实践搭建部分可以在实验室线下进行。第三个模块考查学生自我水平检测和设计实验的综合能力，它与前两个模块互补并相互关联。3.2 在线教学的课前准备与实践不同于以往的课件学习，教师需要在课前将本次课程所学的知识点以课件或视频的形式上传到智慧职教的在线课堂中，学生可以提前对知识点进行思考，方便课堂上讨论交流。部分高职在校学生的基础薄弱，高职学生能力参差不齐，通过线上在线复习，能够帮助专业基础薄弱的同学掌握课程的重点和难点，同时亦可提高基础好的学生对于一些深入问题的掌握程度。例如多数同学都知道服务机器人，但是对工业机器人却一无所知，这些学生需要提前了解工业机器人的应用，以便快速进入学习状态；部分同学对工业机器人有一些了解，就需要进一步了解工业机器人的工作原理，方便后续的操作，这些差异化的学习都需要在课前线上完成。同时，还需要在线完成教师的课前习题，以实现对相关知识点的及时反馈，以便教师及时调整课程内容。此环节不仅可以达到课前复习的效果，还可以有效利用课余时间，让学生的课堂学习更加丰富，让“线上+线下”课堂结合得更加紧密。“线上+线下”混合式教学的核心目的是让学1802023 年 11 月上Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究生在课前进行线上自学，虽然该部分教学以课前在线预习为主，但却不仅仅局限于课程内容本身，还包括背景知识和时事政治的结合。需要学生在线反馈，并结合其他网络资源进行深入的学习探讨，形成独立的知识模块，便于后续的知识体系搭建和第三模块的项目设计。同时，教师需要组织线上解答、线下讨论等多项任务，共同保证理论教学的深度和广度。3.3 开创课堂理论与实践的新教学模式充分利用智慧职教优质的在线资源有序开展线上教学，丰富传统教学模式，提升教学的实效性。首先，使用智慧职教在线平台建立在线课堂，并在在线课堂上设置签到，使学生自觉认识到在线学习的重要性。智慧职教网络学习平台拥有强大的课堂出勤管理功能，学期末可通过后台数据进行统计分析，使教师能够轻松统计分析出本学期每位同学的出勤情况，包括旷课次数、缺勤次数、请假次数等，大大缩减了教师期末统计的工作量，为开展线上第二课堂赢得时间。课堂教学中应充分利用智慧职教平台提供的丰富资源，要求学生在面授课程完成后，通过平台资源进行回顾总结，观看与课程有关的视频、音频等资料，更好地理解与吸收课程内容。每项目单元结束后，教师应在云端发布课程测试，查漏补缺。“工业机器人编程与调试”是一门理实一体化课程，在课堂教学中，实践教学是学生增强动手能力的主要途径，学生对该课程具有获得感的关键因素源于实践教学。该课程于20192020年第二学期首先以虚拟示教的形式进行在线展示，包括机器人的操作和在线编程。复学后经过实际操作发现，学生的动手能力远远高于先前的学习，受本次线上教学效果的启发，“工业机器人编程与调试”的理论与实践教学模式由先前的实训室设备教学转变为“线上+线下”混合式教学模式。利用仿真软件Robot Studio在线示范工业机器人的动作与程序编写，在线教学有别于传统教学，仿真软件可以进行一些高水平的示范示例，让学生身临其境地感受到高科技。本课程的实践教学主要包括工业机器人操作、工业机器人编程、工业机器人调试111的线上仿真实践。教师通过在线平台的分组功能，让组与组之间在在线课堂的讨论区进行互动探讨，同时，上传学生的虚拟操作视频以便学生在课堂上互相评价，学生也可以利用更多的空间和信息，在云平台上畅通无阻地自由表达。充分调动了师生之间互动和学生之间相互协作的积极性，学生成为活动的建设者和参与者，使内向的学生也能表达自己；防止在网络平台学习中，由于学生注意力集中时间短而造成的在线课程质量下降等问题。第三个模块推动启发式和参与式教学方法的改革。教师介绍项目的历史和背景，学生以小组讨论的形式自行设计，让学生主动了解项目的必要性，自发设计实践项目，但是需要延长教学时间，主要是课后线上指导的时间，使学生能够充分理解和设计实践。教师根据项目设计协助学生准备材料，分组总结分析项目特点，使第三模块成为探索性课程，充分发挥学生的主观能动性。在介绍传统的基本知识、操作、应用之后，安排、帮助、鼓励学生进行自发的项目设计实践。例如，在工业机器人搬运项目中，学生在理论上了解到了工业机器人搬运的基本操作，同时也对它在产线上的应用产生了极大的兴趣，如通过搭建简单的供料加工单元，整合之前可编程控制操作的知识，应用工业机器人完成物料从供料站向加工站的转运。这个项目看似简单，但教科书中没有回答相关问题，通过项目研究，学生掌握了工业机器人的通信控制、机器人的整机联调等知识。通过对相关问题的讨论，学生了解了工业机器人在生产线上的应用，为后续的实验设计提供思路。4 混合式教学评价积极推进学生学业评价、评价内容和评价方式的改革，加强学习过程评价和学生成绩构成要素的多元化，推进非标准答案考试改革。与传统教学模式课堂表现（包括课堂测试）占30%、期末考试占70%的考核方式相比，混合式教学模式打破传统评分模式，采用“综合指标评价”作为学生总分的评价方式。具体评分项目包括：形成性评价30%（包括智慧职教线上课前资料收集、课前在线学习、课堂测试、思维导图等）、实践项目评价40%（实践项目成绩按照线上仿真操作项目和综合性项目的团队作品进行评定；线上仿真操作项目按照知识模块评定；综合性实践以探究性和个性化设计为主，由团队共同完成，考核时根据成员的回答情况为整个团队给出成绩）和总结性评价30%（试卷评估）作为综合评分。形成性评价亦可采用多维评价方法，包括教师对学生的评价、学生对学生的评价、学生对教师的评价等。（下转第187页）2023 年 11 月上187Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究4 结语综上所述，在新工科建设的大背景下，利用OBE理念开展“控制工程理论”课程教学改革，其课程教学设计和课程考核方式体现了“以学生为中心，以成果为导向”的教育理念，充分培养学生的专业素质与能力，科学提升教学的质量与效率，能够更好地实现应用型本科院校专业人才培养目标和课程目标。参考文献：1 李林.基于OBE理念的“电子CAD”课程教学改革与探索J.南方农机，2022，53(17)：182-184.2 王书亭，谢远龙，尹周平，等.面向新工科的智能制造创新人才培养体系构建与实践J.高等工程教育研究，2022(5)：12-18.3 赵庆志，赵国勇，杨振宇，等.机制专业卓越计划控制类课程群教学改革创新J.高教学刊，2022，8(7)：118-122+127.4 王立红.基于OBE理念的“自动控制理论”课程教学改革J.辽宁工业大学学报（社会科学版），2021，23(6)：105-107.5 满红，张建民，贺跃帮.新工科 OBE理念下的“自动控制原理”课程教学改革J.教育教学论坛，2020(33)：192-193.6 朱立，周焕银，罗先喜，等.以 OBE 为导向的“自动控制原理”课程建设实施路径 J.南方农机，2022，53(15)：161-163+167.7 杨叔子，杨克冲，吴波，等.机械工程控制基础M.7版.北京：机械工业出版社，2018.8 李冲.基于OBE理念的计算机控制技术课程教学探索J.中国教育技术装备，2021(20)：100-101+107.9 赵岩，韩龙，李满，等.电气工程与智能控制课程的教学实践J.电子技术，2022，51(8)：182-183.10 宫明龙，刘凤芳，梅瑞斌，等.OBE理念下突出思政教育的新工科人才培养方案探究：以材料成型及控制工程专业为例J.大学教育，2022(11)：196-199.11 张瑞祥，张玮，钟啸，等.新工科背景下OBE实践教学模式探讨：以“电气控制技术”课程为例J.教育教学论坛，2022(51)：113-116.5 “线上+线下”实践课程教学模式展望只有课程有生命，人才培养体系才能有生命。陕西机电职业技术学院在教学内容、教学手段与方法、课堂考核等方面进行了一系列探索，为混合式教学研究提供了经验。但是，仅仅通过课程学习了解一门学科是远远不够的。下一阶段，本课程将继续深化课程的有益成果，继续推进教学课程体系的改革。未来，完全线下的环境还可以整合线上资源、小组讨论等有利因素，充分利用第二课堂的时间，促进学生的学习，加强课程的教学效果。在线上课堂中发现，学生也对老师们提出了新的挑战。学生选择的科目广泛，内容形式多样，要求教师及时跟踪行业发展，这对教师的学习能力提出了新的要求。在学生自主选题的背景下，教师也需要更多的知识储备来有效引导学生，这也是对教师终身学习能力和综合素质提高的一种鞭策。通过互动学习，学生分析编程调试问题的能力不断提高，对工业机器人专业的兴趣也明显增强。目前，虚拟实验的平台设计还不成熟，教师需要有针对性的准备，使学生顺利获得相关知识，提高学习效率。参考文献：1 王时.MOOC背景下高校教师教育技术能力的现状、问题及对策研究D.呼和浩特：内蒙古师范大学，2016.2 汪连新.线上线下混合式一流课程建设路径探究：以“家庭理财”课程为例J.教育教学论坛，2020(38)：143-145.3 PEI L S,WU H B.Does online learning work better than offline learning in undergraduate medical education?A systematic review and meta-analysisJ.Medical Education Online,2019,24(1):1666538.4 SINGH S,ARYA A.A hybrid flipped-classroom approach for online teaching of biochemistry in developing countries during Covid-19 crisisJ.Biochemistry and Molecular Biology Education,2020,48(5):502-503.5 陈婷，敖茂尧.基于混合式教学模式的机电一体化课程改革研究与实践：以“工业机器人技术应用”课程为例J.广西职业技术学院学报，2018，11(5)：62-66.6 杨育彪.当前机电一体化专业教学存在的问题及对策J.南方农机，2018，49(20)：226.7 马汉达，张建明.高校混合式实验教学的应用研究J.实验技术与管理，2015，32(9)：170-172+175.8 郁晓华，马立，祝智庭.信息时代的教师继续教育：走有中国特色的“混合式”研修之路J.中国电化教育，2011(12)：54-59+64.9 冯晓英，王瑞雪，吴怡君.国内外混合式教学研究现状述评：基于混合式教学的分析框架J.远程教育杂志，2018，36(3)：13-24.10 张其亮，王爱春.基于“翻转课堂”的新型混合式教学模式研究J.现代教育技术，2014，24(4)：27-32.11 吴维宁.大规模网络开放课程（MOOC）：Coursera评析J.黑龙江教育（高教研究与评估），2013(2)：39-41.（上接第180页）